生活中的光無所不在 你有沒有仔細觀察過光的一些性質呢？ 比如用光照物體 背後會有影子 表示光是直線前進的 看鏡子時可以看到鏡中的自己 是因為我們身上的光 在鏡面反射回我們的眼睛 還有 光照到杯子中的水 會產生偏折 這是光的折射現象 那光的本質到底是什麼呢？ 當時的科學家提出了兩種解釋方式 一個是惠更斯的波動說 一個是牛頓的微粒說 波動說認為 光是一種波動 就像聲波和水波一樣 藉由乙太這種介質傳遞 微粒說則認為 光是一種粒子 由光源向四面八方傳遞 接下來我們來看這兩種理論 如何解釋光的現象與性質 首先是 光會直線前進 當兩束光交會 彼此不受影響 若用波動說解釋 光就跟聲波和水波一樣 都會直線傳遞 而且當波彼此交會 重疊後會各自分開不受影響 微粒說則認為 組成光的粒子質量很小 因此速度很快 由光源射出後會直線傳遞 若有兩束光交會 由於粒子體積很小 彼此不會相撞 因此兩束光互相穿過 不受影響 再來 光有各種顏色 波動說認為 這就如同聲波有高、低各種音高 高音對應高頻率 低音對應低頻率 光也有不同的頻率 對應不同顏色的光 粒子說則認為 不同光粒子的顏色不同 組成各種顏色的光 接著是光的反射與折射現象 惠更斯提出惠更斯原理 說明波前上的每一點 可以視為產生圓形次波的點波源 用這個原理可以完美地解釋 波的反射與折射現象 當波前接觸鏡面或是界面時 可以視為新的點波源 產生向外傳遞的圓形波 這些波的波前疊加 形成反射或折射波 微粒說則認為 光粒子是完全的彈性體 因此遇到界面時 會完全彈性碰撞 也就是反射 當光子入射某些材質 會受到材質較大的萬有引力吸引 產生垂直方向的加速度 因此路徑會偏折 產生折射現象 雖然光波動與粒子說 都可以解釋許多光的現象 但是兩者也有不同的地方 若光是波 應該要有繞射現象 也就是當波穿過小狹縫 會向四面八方傳遞 同樣的 波也會有干涉現象 兩個波疊加 會形成干涉條紋 但若光是粒子 就不會有繞射與干涉現象 再來 兩種理論對於光在介質中的速度 也有不同的預測 波動說認為 光進入物質中會產生偏折 是因為波速變慢的緣故 粒子說則是相反 因為受到垂直方向的加速度作用 光的波速應該會變快 到底誰的預測才正確呢？ 我們需要靠做實驗才能知道 但是因為光的干涉和繞射效應 很難被觀察到 而且光速太快了 很難被精確測量 再加上 當時牛頓是科學界的權威 因此在當時 微粒說佔了上風 波動說則被忽略 但真相不會被埋沒的 隨著時間推進到19世紀 科學家成功由實驗證實了光的波動說 首先是光的干涉實驗 這實驗之所以這麼難做 是因為需要同調和同頻率的光互相干涉 才會產生明顯的干涉條紋 若有多種頻率的光疊在一起 波峰和波谷的位置也不同 波的疊加就會變得十分混亂 無法清楚看到干涉性質 1801年 英國科學家楊格 成功地解決這個問題 成功使光經過雙狹縫後 在屏幕上形成亮暗亮暗的干涉條紋 證明光具有干涉特性 1850年 法國科學家斐索與傅科 分別測出光在水中速度 小於在空氣中的速度 驗證了波動說的預測 1861年 馬克士威統合了電學、磁學與光學 說明光就是一種電磁波 藉由這些實驗和理論 證實光的波動說 唯一不同於惠更斯假說的部分 是光可以在真空中傳遞 不需透過任何介質 我們來思考一下這個問題 最後我們來統整一下今天學到的知識吧 科學家提出波動說與微粒說 來解釋光的特性 兩者都可以解釋 光的直線前進 光的顏色 以及反射與折射特性 但兩者有不同之處 波動說認為 光會有干涉與繞射現象 且光在物質中 行進速度比在真空中慢 微粒說則有相反的預測 楊格的干涉實驗 以及測出光在不同介質中的速度 驗證了光的波動說 今天我們學習到 光是一種波 具有繞射和干涉的現象 其實在生活中 也可以見到這些現象喔！ 比如 CD片的背面可以看到七彩的光澤 還有 陽光下 蜘蛛絲上的七彩顏色 都是因為光的干涉原理 它們是怎麼形成的呢？ 我們將在之後的影片揭曉 今天就到這邊囉！掰掰！